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基于云平台的全向移动机器人控制系统设计

物联网技术 2024年第1期14卷 63-66,70页

作者：李刚王李孙广西大学电气工程学院广西南宁530004

为了适应在狭窄环境中自动化作业的需求,提高移动机器人工作效率,设计制作了一款基于云服务器的四轮全向移动机器人。结合四轮全向移动机器人的运动模型,提出了基于STM32F103为主控的运动控制系统;同时为提高工作效率,结合手机APP与云... 详细信息

为了适应在狭窄环境中自动化作业的需求,提高移动机器人工作效率,设计制作了一款基于云服务器的四轮全向移动机器人。结合四轮全向移动机器人的运动模型,提出了基于STM32F103为主控的运动控制系统;同时为提高工作效率,结合手机APP与云服务器实现移动机器人的无线远程监视与控制。远程控制其行走的试验结果表明,系统运行稳定,不仅能够满足远程操作移动机器人的基本需求,同时还大大提高了四轮移动机器人工作时的灵活性与安全性。

关键词：全向移动机器人云服务器 STM32F103 APP 远程控制

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全向移动爬壁机器人设计及其运动特性研究

控制工程 2022年第9期29卷 1537-1545页

作者：钟铮语徐明彭辉肖军浩卢惠民国防科技大学智能科学学院湖南长沙410073

设计了一种在壁面上运动的全向移动机器人。该机器人采用三轮全向运动方式与负压气室附着方式相结合的机械结构,既可以在壁面上灵活地完成平面内三自由度的连续运动,又具有较好的附着鲁棒性。针对机器人系统在壁面上运动时受到重力而导... 详细信息

设计了一种在壁面上运动的全向移动机器人。该机器人采用三轮全向运动方式与负压气室附着方式相结合的机械结构,既可以在壁面上灵活地完成平面内三自由度的连续运动,又具有较好的附着鲁棒性。针对机器人系统在壁面上运动时受到重力而导致的与在地面上运动特性之间的差异,推导了机器人各轮压地力关于壁面上朝向角的表达式,并由滑移临界状态推导得到机器人在任意朝向下各方向的最大加速度,最后通过仿真实验验证了各轮压地力模型与滑移临界状态模型的正确性。该研究能够为全向移动爬壁机器人的机械结构设计提供指导,为其路径规划与运动控制提供加速度约束。

关键词：爬壁机器人全向移动负压气室滑移临界状态

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全向移动的送餐机器人控制系统研究与仿真

制造业自动化 2022年第5期44卷 17-20页

作者：夏田张大为代斌斌陕西科技大学西安710021

根据餐厅自动化送餐的需求,设计了一种全向移动的送餐机器人的控制系统。以STM32F407单片机和卡片式电脑(树莓派)作为核心控制器,利用个人pc电脑进行远程操作,建立送餐机器人控制的硬件平台。采用Ubuntu mate 16.04作为嵌入式操作系统,... 详细信息

根据餐厅自动化送餐的需求,设计了一种全向移动的送餐机器人的控制系统。以STM32F407单片机和卡片式电脑(树莓派)作为核心控制器,利用个人pc电脑进行远程操作,建立送餐机器人控制的硬件平台。采用Ubuntu mate 16.04作为嵌入式操作系统,使用机器人操作系统ROS和编程语言C++搭建系统的软件平台。利用ROS和相关算法进行仿真,结果表明全向移动送餐机器人能够完成全向移动、实时定位与地图构建等任务,验证了控制系统的可行性。

关键词：送餐机器人全向移动机器人操作系统控制系统

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全向移动式智能安防机器人

实验室研究与探索 2023年第7期42卷 94-98,103页

作者：马晨苏易衡张紫钰杨昌儒马玉凯李和洋北京信息科技大学仪器科学与光电工程学院北京100192

设计了全向移动式智能安防机器人。该机器人采用轻量化改进后的YOLOv5检测算法,并应用ArcFace人脸识别损失函数,基于FreeRTOS系统建立报警任务和巡逻监控任务,具有巡逻监控、身份识别、自主报警等功能。为满足机器人目标识别的实时性,... 详细信息

设计了全向移动式智能安防机器人。该机器人采用轻量化改进后的YOLOv5检测算法,并应用ArcFace人脸识别损失函数,基于FreeRTOS系统建立报警任务和巡逻监控任务,具有巡逻监控、身份识别、自主报警等功能。为满足机器人目标识别的实时性,通过快速下采样方法重新对YOLOv5检测算法的Backbone层和Neck层进行设计,并分别对输入图片进行卷积和最大池化操作,并将二者的结果相融合传入下一阶段,使网络的运算速度比之前提升了2.322倍。对机器人进行了安防效果测试,结果表明,机器人具有较高的识别精准度和较强的主动预防能力。

关键词：安防机器人全向移动巡逻监控轻量化

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节水式洗手拖地一体化智能机器人

科技创新与生产力 2024年第4期45卷 114-116页

作者：梁宸睿郝佳奇李佳康连彩婷靳江艳河北科技大学河北石家庄050018

节水式洗手拖地一体化智能机器人是一种将洗手和地面清洁功能融合的机器人,旨在解决公共场所如商场、医院、酒店、写字楼等大型楼宇的地面清洁及人们便捷洗手问题。该机器人的核心部分主要由全向移动模块、污水处理模块、地面清洁模块... 详细信息

节水式洗手拖地一体化智能机器人是一种将洗手和地面清洁功能融合的机器人,旨在解决公共场所如商场、医院、酒店、写字楼等大型楼宇的地面清洁及人们便捷洗手问题。该机器人的核心部分主要由全向移动模块、污水处理模块、地面清洁模块组成。基于麦克纳姆轮的全向移动模块负责机器人的移动作业,当感应到有人靠近时,则会停下来等待,并通过内置传感器感知手的位置,从而实现准确出水的功能;污水处理模块采用先进的纳米技术对污水进行净化处理,保证了经过处理后的水质达到使用标准;地面清洁模块采用高效的抽水泵将净化后的污水通过导管精准地输送到擦地单元进行擦地。

关键词：洗手拖地一体化智能机器人全向移动污水处理节水

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恒定轮距的全向移动机器人多连杆式独立悬挂系统

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恒定轮距的全向移动机器人多连杆式独立悬挂系统

作者：杨景山大连交通大学

学位级别：硕士

在弹道目标跟踪等任务执行过程中,被跟踪目标不仅有自由运动,还需考虑目标机动。现有移动跟踪载体在非结构化路面甚至非路面场景下的快速移动困难。为提高跟踪载体对不平整路面的适应性能,提出一种恒定轮距的全方位移动机器人,进行了机... 详细信息

在弹道目标跟踪等任务执行过程中,被跟踪目标不仅有自由运动,还需考虑目标机动。现有移动跟踪载体在非结构化路面甚至非路面场景下的快速移动困难。为提高跟踪载体对不平整路面的适应性能,提出一种恒定轮距的全方位移动机器人,进行了机器人本体与悬挂装置机械结构设计。展开了运动学、动力学分析,建立了虚拟样机仿真实验,分析了理论方案的可行性,制作了实物样机,进行室内、外场景运行试验。结果表明,本文设计的恒定轮距的独立悬挂装置,加装在全方位移动机器人上,在一定非结构化路面条件下,实现轮子垂直越障的性能,降低了控制复杂性,满足使用要求。具体内容包括:(1)确定机器人类型及结构设计:参考无人车结构型式,通过对机器人实现全方位能力的比较分析,麦克纳姆轮由于其操控性好,是目前使用广泛的全向移动驱动轮,因此,确定了四麦克纳姆轮式全方位移动机器人作为研究对象,并根据使用工况确定了机器人整体结构空间尺寸。(2)恒定轮距的独立悬挂装置设计及优化:总结现有机器人悬挂装置的不足,即机器人越障过程中的轮子侧倾,导致轮距变化,增加了控制的复杂性。提出一种可保持恒定轮距的独立悬挂装置,其机构包括平行四边形结构、曲柄滑块机构和摆动导杆机构,将上述三种结构优化组合成为多连杆式独立悬挂装置,并进行了结构设计计算、运动学分析和动力学分析,建立振动系统模型,优化了各项参数。(3)机器人整体运动学和动力学分析:推导了机器人运动学矩阵方程。基于拉格朗日动力学方法分析机器人越障行驶过程,建立机器人动力学模型。进行ADAMS运动学和动力学仿真分析,验证了机器人理论设计的可行性。完成了机器人物理样机制作,课题组控制方向的同学搭建了机器人控制系统并完成调试,在室内、外不同工况进行了实验。通过以上研究,从理论和实验上验证了恒定轮距的全向移动机器人的机动性、运动控制的准确性和轮子着地能力,所设计的独立悬挂系统满足机器人行驶各项使用需求。

关键词：恒定轮距麦克纳姆轮全向移动 AGV 独立悬挂装置

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可越障全向移动空间变形轮腿机器人研究

可越障全向移动空间变形轮腿机器人研究

作者：马建鹏北京交通大学

学位级别：硕士

本文基于空间单自由度闭链连杆机构构建了一种可越障全向移动轮腿复合式机器人,单轮腿为两自由度,机器人整机共八个自由度,机器人可越过自身轮直径高度的垂直墙障碍,可以腿式运动的移动方式实现类似于Mecanum轮的横向移动和斜向移动功能... 详细信息

本文基于空间单自由度闭链连杆机构构建了一种可越障全向移动轮腿复合式机器人,单轮腿为两自由度,机器人整机共八个自由度,机器人可越过自身轮直径高度的垂直墙障碍,可以腿式运动的移动方式实现类似于Mecanum轮的横向移动和斜向移动功能,并且单轮腿机构可作为一种单动力可转向爬行地面移动机器人,对机器人进行了理论分析、仿真验证和样机试验系统化分析。首先,对Schatz机构进行运动学和自由度分析,用Schatz机构进行组合,提出三种构型方案整周轮腿复合式、对角共线轮腿复合式和对角不共线轮腿复合式,确定对角共线轮腿复合式作为三者中的最优方案并且对其进行改进,提出了强越障轮腿复合式和综合性轮腿复合式两种改进方案,经过分析综合性轮腿复合式可实现预期的越障、横移和斜移功能并且其还可以独立作为一种爬行机构,明确其可作为单轮腿模块构造轮腿式机器人。然后,以同向式的布局构建空间可变形轮腿机器人,对机器人的越障性能进行分析,得到最大越障高度间接性仅与Schatz机构核心杆长相关,可以根据指定越障高度反求解得到理想的核心杆长,使机器人的结构参数更为合理,分析机器人的横移、斜移和腿式运动调整姿态转向功能,对机器人适应性进行分析,以应对特殊的地形和突发状况。在Adams建立虚拟样机,对机器人进行平地移动、越障、爬坡、横移、斜移、跨越壕沟、位姿调整、侧翻矫正和单轮单动力可转向爬行仿真,测得对于典型仿真环境下的越障、爬坡、横移和斜移相关电机扭矩变化图。最后,对样机的轮腿结构和车身结构进行设计,对转动关节和传动装置进行设计,对驱动电机进行选型,搭建控制系统,对样机零件进行加工,完成装配、调试并进行试验。

关键词：空间单闭链机构越障全向移动 Schatz机构轮腿式机器人

面向恶劣工况的重载全向轮式移动机器人关键技术研究

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面向恶劣工况的重载全向轮式移动机器人关键技术研究

作者：章志凯苏州大学

学位级别：硕士

本文对面向恶劣工况的重载全向轮式移动机器人机构进行研究。该移动机器人的面向领域为以电解铝行业为例的重载物流行业,此类行业作业环境通常为户外崎岖狭窄道路,要求移动机器人的具有高负载和高功率输出能力、较强的狭窄空间通过能力... 详细信息

本文对面向恶劣工况的重载全向轮式移动机器人机构进行研究。该移动机器人的面向领域为以电解铝行业为例的重载物流行业,此类行业作业环境通常为户外崎岖狭窄道路,要求移动机器人的具有高负载和高功率输出能力、较强的狭窄空间通过能力、较强的雨、水、泥沙防护能力、较强复杂路面通过能力。针对以上作业需求,进行结构方案的选择与设计。针对移动机器人狭窄空间运动能力强的要求,提出一种6驱动转向轮平行布置的驱动转向方式。针对移动机器人具有优异的地面适应和越障能力的要求,提出一种六轮三摇臂悬架系统。将悬架单元简化为两自由度受迫振动系统,进行悬架单元的平顺性分析,优化设计悬架系统结构参数。通过Adams进行机器人动力学仿真,得出该悬架系统相比于无弹簧减振系统的悬架系统具有较优的减振效果。针对移动机器人重载和雨、水、泥沙防护能力的需求,提出一种轮式重载全向移动单元,并进行了移动单元的结构设计。针对移动机器人对轮式重载全向移动单元高负载和高功率密度输出能力要求,选用高功率密度的永磁无刷直流电机搭配大减速比的摆线传动的驱动方案,并提出提高驱动系统的功率密度的方法。进行电机-传动部件的联合优化设计,以提高驱动系统的功率密度。得出优化参数后进行了电机和减速器的结构参数设计。为校核移动单元是否满足强度要求,对强度薄弱的零件进行了强度分析。针对移动机器人6驱动转向轮平行布置的驱动转向方式,开展六轮全向移动机构的运动学模型研究,得出车体在平面内的三自由度运动和6个全向车轮的12个自由度运动之间转换的关系。进行六轮全向移动机构平面运动仿真以验证运动学模型的正确性。针对移动机器人复杂路面通过能力要求,进行了机器人越障分析,得出影响机器人越障能力的因素,据此优化机器人悬架尺寸参数,提高机器人越障能力。进行移动机器人的越障仿真,仿真结果验证了优化效果和机器人的结构方案的可行性,得出该移动机器人具有较强的复杂路面通过能力。最后进行样机实验,首先搭建轮式移动机器人的控制系统以及进行机器人操控器的设计。为验证轮式重载全向移动单元设计方案的可行性,搭建行走模块样机测试台架,测试行走模块的转矩-转速特性,并对其进行浸水运行测试和泥沙环境行驶测试,实验结果表明该移动机器人具有高负载和高功率输出能力、较强的雨、水、泥沙防护能力。为验证运动学模型的正确性,进行移动机器人样机的运动学测试,实验表明该移动机器人具有较强的狭窄空间通过能力。进行移动机器人样机的运动映射与操控实验,验证了操控器设计的可行性。进行移动机器人样机的负载行驶实验以验证其负载能力。

关键词：恶劣工况重载全向移动轮式移动机器人机构研究

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全向移动射击机器车系统设计与研究

北京工业职业技术学院学报 2023年第4期22卷 6-10,37页

作者：黄欢高娜娜陈子昱北京工业职业技术学院北京100042

以全国大学生机器人大赛ROBOTAC的移动射击赛为导向需求,设计了一种以STM32为控制核心、底盘装配四个独立悬挂麦克纳姆轮、结合多种电机控制的全向移动射击机器车。从硬件结构设计和软件算法两方面对机器车的设计方案进行详细阐述,并通... 详细信息

以全国大学生机器人大赛ROBOTAC的移动射击赛为导向需求,设计了一种以STM32为控制核心、底盘装配四个独立悬挂麦克纳姆轮、结合多种电机控制的全向移动射击机器车。从硬件结构设计和软件算法两方面对机器车的设计方案进行详细阐述,并通过实验进一步验证。该设计符合大赛要求,既能高效稳定实现全向移动,又具备良好的射击效果,可以出色完成比赛中的各项任务。

关键词：全向移动麦克纳姆轮射击机器车